Что такое МОП-транзистор и как он работает. Какие бывают виды МОП-транзисторов. Где применяются МОП-транзисторы в современной электронике. Каковы преимущества и недостатки МОП-транзисторов по сравнению с биполярными.
Что такое МОП-транзистор и принцип его работы
МОП-транзистор (MOSFET) — это полупроводниковый прибор, относящийся к классу полевых транзисторов. Название «МОП» расшифровывается как «металл-оксид-полупроводник» и отражает структуру устройства. МОП-транзистор состоит из трех основных элементов:
- Исток — область, из которой поступают основные носители заряда
- Сток — область, в которую уходят основные носители заряда
- Затвор — управляющий электрод, изолированный от канала слоем диэлектрика
Принцип работы МОП-транзистора основан на эффекте поля — управлении проводимостью полупроводникового канала с помощью электрического поля. При подаче напряжения на затвор в канале индуцируется заряд, что приводит к изменению его проводимости. Таким образом, изменяя напряжение на затворе, можно управлять током, протекающим между истоком и стоком.
Основные виды МОП-транзисторов
МОП-транзисторы можно классифицировать по нескольким признакам:
По типу канала:
- n-канальные — в качестве носителей заряда выступают электроны
- p-канальные — носители заряда — дырки
По режиму работы:
- Транзисторы с индуцированным каналом — канал образуется только при подаче напряжения на затвор
- Транзисторы со встроенным каналом — канал существует изначально и модулируется напряжением на затворе
По количеству затворов:
- Однозатворные
- Двухзатворные
- Многозатворные
Где применяются МОП-транзисторы
МОП-транзисторы нашли широкое применение в современной электронике благодаря своим уникальным свойствам. Основные области их использования:
- Цифровые интегральные схемы — МОП-транзисторы являются основой большинства современных процессоров, микроконтроллеров и микросхем памяти
- Аналоговые схемы — усилители, генераторы, преобразователи сигналов
- Силовая электроника — импульсные источники питания, инверторы, электроприводы
- Радиочастотные схемы — СВЧ-усилители, смесители, генераторы
- Датчики — сенсоры изображения, датчики давления, температуры и др.
Преимущества МОП-транзисторов перед биполярными
МОП-транзисторы обладают рядом важных преимуществ по сравнению с биполярными транзисторами:
- Высокое входное сопротивление — практически не потребляют ток в статическом режиме
- Управление напряжением, а не током — упрощает схемотехнику
- Отсутствие накопления заряда — высокое быстродействие
- Возможность создания комплементарных пар — низкое энергопотребление
- Хорошая масштабируемость — возможность создания сверхмалых структур
Недостатки МОП-транзисторов
Несмотря на множество достоинств, МОП-транзисторы имеют и некоторые недостатки:
- Чувствительность к статическому электричеству — требуются меры защиты
- Наличие паразитных емкостей — ограничение быстродействия на высоких частотах
- Эффект защелкивания — возможность выхода из строя при перенапряжении
- Температурная зависимость параметров — необходимость температурной компенсации
Особенности применения МОП-транзисторов в аналоговых схемах
При использовании МОП-транзисторов в аналоговых схемах необходимо учитывать ряд важных особенностей:
- Нелинейность передаточной характеристики — требуется линеаризация
- Зависимость параметров от температуры — нужна температурная стабилизация
- Наличие шумов — необходимо применение методов шумоподавления
- Ограниченный динамический диапазон — следует выбирать оптимальную рабочую точку
При правильном учете этих факторов МОП-транзисторы позволяют создавать высококачественные аналоговые схемы с отличными характеристиками.
МОП-транзисторы в цифровых схемах
В цифровых схемах МОП-транзисторы используются как ключевые элементы. Их основные преимущества в этой области:
- Низкое энергопотребление в статическом режиме
- Высокая степень интеграции
- Простота создания логических вентилей
- Возможность работы при низких напряжениях питания
Благодаря этим свойствам МОП-транзисторы стали основой современных цифровых интегральных схем, включая процессоры, микроконтроллеры и микросхемы памяти.
Перспективы развития МОП-транзисторов
Технология МОП-транзисторов продолжает активно развиваться. Основные направления развития включают:
- Уменьшение размеров элементов — переход к нанометровым технологиям
- Использование новых материалов — high-k диэлектрики, металлические затворы
- Создание трехмерных структур — FinFET, GAAFET
- Применение новых физических принципов — туннельные транзисторы, одноэлектронные транзисторы
Эти инновации позволят дальше повышать производительность и энергоэффективность электронных устройств на основе МОП-транзисторов.
структура | это… Что такое МОП-структура?
МОП-структура (металл — оксид — полупроводник) — наиболее широко используемый тип полевых транзисторов. Структура состоит из металла и полупроводника, разделённых слоем оксида кремния SiO2. В общем случае структуру называют МДП (металл — диэлектрик — полупроводник).
Транзисторы на основе МОП-структур называют полевыми, или МОП-транзисторами (англ. metall-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET).
Транзисторы на основе МОП-структур, в отличие от биполярных, управляются напряжением, а не током и называются униполярными транзисторами, так как для их работы необходимо наличие носителей заряда только одного типа.
Содержание
|
Базовая классификация
Тип канала
Наиболее распространены транзисторы с индуцированным каналом (англ.
enhancement mode transistor): у них канал закрыт при нулевом напряжении исток-затвор. Именно их имеют в виду, когда не упоминают тип канала.
Гораздо реже встречаются транзисторы со встроенным каналом (англ. depletion mode transistor): у них канал открыт при нулевом напряжении исток-затвор.
Тип проводимости
Существует два типа проводимости канала: n-канальные и p-канальные. Тип проводимости определяется типом носителя заряда в канале: электрон либо «дырка».
Если транзистор n-канальный:
- он открывается положительным напряжением на затворе по отношению к истоку.
- паразитный диод в структуре канала катодом подсоединен к стоку, анодом — к истоку.
- канал обычно подсоединяют так, что на стоке более положительное напряжение, чем на истоке.
Если транзистор p-канальный:
- он открывается отрицательным напряжением на затворе по отношению к истоку.
- паразитный диод в структуре канала анодом подсоединен к стоку, катодом — к истоку.
- канал обычно подсоединяют так, что на стоке более отрицательное напряжение, чем на истоке.
Особые случаи
Существуют транзисторы с несколькими затворами.
Некоторые виды мощных переключательных транзисторов снабжаются специальным отводом от части канала с целью контроля тока через транзистор. Такой прием позволяет избежать дополнительных потерь на внешних токоизмерительных шунтах.
Условные графические обозначения
| P-канал | ||
| N-канал | ||
| Индуцированный канал | Встроенный канал |
G-ЗАТВОР S-ИСТОК D-СТОК
Хотя формально разделение индуцированного и встроенного каналов предусмотрено на условном графическом обозначении, на практике оно довольно часто не соблюдается.
Особенности работы МОП транзисторов
Вольт-амперная характеристика изменения тока стока в зависимости от изменения напряжения на входе.
В униполярных транзисторах управляющим сигналом является разность потенциалов на участке затвор-исток.
При изменении входного напряжения () изменяется состояние транзистора и
- Транзистор закрыт
- Крутой участок.
- — удельная крутизна характеристики транзистора.
- Дальнейшее увеличение приводит к переходу на пологий участок.
- — Уравнение Ховстайна.
Ссылки
- Принципы работы мощных MOSFET- и IGBT-транзисторов
- Терещук Д. С. Логическое моделирование СБИС на переключательном уровне
- Егоров А. Применение MOSFET-транзисторов NXP Semiconductors в электронике
Замечания
При подключении мощных MOSFET-транзисторов (особенно работающих на высоких частотах на пределе своих возможностей) используется стандартная обвязка транзистора:
1) RC-цепочка (снаббер), включённая параллельно истоку-стоку, для подавления высокочастотных колебаний и мощных импульсов тока, возникающих при переключении транзистора из-за индуктивности подводящих шин.
2) Быстрый защитный диод, включённый параллельно истоку-стоку (обратное включение), для шунтирования импульса тока, образующегося при отключении индуктивной нагрузки.
3) Если транзисторы работают в мостовой или полумостовой схеме на высокой частоте (сварочные инверторы, индукционные нагреватели, импульсные источники питания), то помимо защитного диода в цепь стока встречно включается диод Шоттки для блокирования паразитного диода. Паразитный диод имеет большое время запирания, что может привести к сквозным токам.
3) Резистор, включённый между истоком и затвором, для сброса заряда с затвора. Затвор удерживает электрический заряд и после снятия управляющего сигнала MOSFET-транзистор может не закрыться (или закрыться частично, что приведёт к повышению его сопротивления, нагреву и выходу из строя). Величина резистора подбирается таким образом, чтобы не мешать управлению транзистором, но в то же время как можно быстрее сбрасывать электрический заряд с затвора.
4) Резистор, включённый в цепь затвора, для уменьшения тока заряда затвора. Затвор мощного полевого транзистора обладает достаточно высокой ёмкостью, представляет из себя фактически конденсатор ёмкостью несколько десятков нФ, что приводит к значительным импульсным токам в момент зарядки затвора (единицы ампер). Большие импульсные токи могут повредить схему управления.
5) Управление мощным MOSFET-транзистором на высоких частотах осуществляют с помощью драйвера — специальной микросхемы, усиливающей управляющий сигнал и обеспечивающей большой импульсный ток для быстрой зарядки затвора транзистора. Это увеличивает скорость работы транзистора.
MOSFET транзисторы обеднённого типа от IXYS – особенности и способы применения
MOSFET транзисторы обеднённого типа от IXYS – особенности и способы применения
Статья описывает особенности строения MOSFET транзисторов обеднённого типа (с собственным каналом) и возможные применения подобных транзисторов.
Автор Дмитрий Козлов
Американский производитель компонентов для силовой электроники IXYS предлагает семейство транзисторов обедненного (открытого) типа. Технологически это реализуется путём внедрения канала между стоком и истоком области с соответствующей электропроводимостью. В зависимости от степени легирования канала получают MOSFET транзисторы обогащённого и обеднённого типа. В транзисторах обогащённого типа при напряжении затвор-исток равно нулю ток равен так же равен нулю, тогда как в транзисторах обеднённого типа протекает ток стока. [1]
Рисунок 1. Схема включения транзистора обеднённого типа.
Транзисторы обедненного типа с собственным каналом (depletion mode) номинально открыты и пропускают ток, для закрытия транзистора необходимо приложить определённое напряжение (рис. 1). Таким образом, избыточное напряжение, ликвидируется при помощи защитного диода.
Силовые транзисторы IXYS выполняются по технологии DMOSFET (транзисторы двойной диффузии) и имеют вертикальную структуру, что позволяет с одной стороны иметь адекватную стоимость на рынке, с другой стороны выдерживать более высокое напряжение.
Компания IXYS в лице своего официального дистрибьютора на территории России ЭЛТЕХа выпустила на рынок 2 направления обеднённых MOSFET транзисторов: маломощные (таблица 1) и высокомощные MOSFET-транзисторы (таблица 2)
Таблица 1. Маломощные варианты исполнения MOSFET транзисторов обеднённого типа от IXYS.
Таблица 2. Высокомощные MOSFET транзисторы обеднённого типа от IXYS.
- Примечание:
Vdsx – напряжение сток-исток
Rds(on) — сопротивление в открытом состоянии
Vgs(off) – пороговое напряжение
Idss – ток утечки затвора
Id(on) – непрерывный ток стока
MOSFET транзисторы обеднённого типа получили довольно широкое применение в современной электронике. Рассмотрим некоторые схемы использования транзисторов IXYS.
Одной из таких областей является построение прецизионного источника тока путем установки транзистора в схему с источниками опорного напряжения [2]. В таком случае транзистор компенсирует колебания напряжения питания.
Источник тока в итоге обеспечивает общий ток нагрузки, включающий в себя ток через резистор и ток покоя. Такая схема позволяет получить прецизионный ток и сверхвысокий выходной импеданс.
Рисунок 2. Использование MOSFET транзистора для источника прецизионного тока.
Другим применением может стать создание нормально замкнутого твердотельного реле с использованием специализированного оптически изолированного драйвера. В примере (рис. 3) используется оптический драйвер IXYS FDA217. Для реализации реле используются 2 внешних MOSFET транзистора обеднённого типа CPC3980, объединённые для создания AC/DC ключа. Т.к. FDA217 имеет внутреннюю схему выключения, отпадает необходимость в нагрузочных резисторах.
Рисунок 3. Схема нормально замкнутого реле с применением транзисторов IXYS.
Многие задачи требуют использование стабилизатора напряжения с низким выходным напряжением и высоким входным напряжением от 120 В до 240 В.
В большинстве схем используется входное напряжение не больше 15 В и довольно низкий ток потребления. На рисунке 4 приведена схема стабилизатора с высоким входным напряжением и использованием LDO регулятора с MOSFET транзистором обедненного типа. Естественно при подборе транзистора в такую схему необходимо учитывать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе.
Рисунок 4. Схема регулятора напряжения с высоким входным напряжением.
Эта схема также может применяться для подавления высоковольтных выбросов в цепи питания. Высоковольтные переходные процессы в области телекоммуникаций обычно возникают из-за воздействия разрядов молнии и паразитного излучения. В автомобилестроении и авиастроении главной причиной подобных процессов обычно являются индуктивные нагрузки.
Ещё одно применение MOSFET транзисторов обедненного типа – защита измерительных входов от подачи на них высокого напряжения (рис. 5). В таком случае транзистор обеднённого типа работает как ограничитель тока, а избыточное напряжение уходит во входной защитный диод.
Рисунок 5. Защита измерительных цепей при помощи MOSFET транзистора.
Таким образом, при помощи MOSFET транзисторов обедненного типа от IXYS можно решить широкий спектр задач. При этом применение транзисторов IXYS позволяет также сократить расходы относительно более дорогих вариантов реализации схем. Информацию о самых новых компонентах IXYS вы можете найти на сайте компании ЭЛТЕХ.
Литература:
- Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том I: Пер. с нем. – М.: ДМК. Пресс, 2008
- IXYS Integrated Circuits Division Application Note AN-500 Depletion-Mode Power MOSFETs and Applications
Поиск
Возможна отправка в тот же день. Paypal принят, закажите онлайн сегодня!
Тщательно выберите номер детали, производителя и упаковку из приведенной ниже таблицы, а затем добавьте в корзину, чтобы перейти к оформлению заказа.
Купите сейчас, вам понравится
✓Отправьте заказ в тот же день!
✓Доставка по всему миру!
✓Ограниченная распродажа
✓Легкий возврат.
| Обзор продукта | |
| Название продукта | Поиск |
| Доступное количество | Возможна отправка немедленно |
| № модели. | |
| Код ТН ВЭД | 8529908100 |
| Минимальное количество | Начиная с одной детали |
| Атрибуты продукта | |
| Категории | |
| идентификатор продукта | |
| артикул | |
| gtin14 | |
| мпн | |
| Статус детали | Активный |
Все основные кредитные и дебетовые карты через PayPal.
Paypal (AMEX принимается через Paypal)
Мы также можем принять банковский перевод.
Просто отправьте нам электронное письмо с URL-адресами или кодами продукта. Укажите адрес доставки и предпочтительный способ доставки. Затем мы вышлем вам полные инструкции по электронной почте.
Мы никогда не храним данные вашей карты, они остаются в Paypal
Товары отправляются с использованием почтовых услуг и оплачиваются по себестоимости.
Товары будут отправлены в течение 1-2 рабочих дней после оплаты. Доставка может быть объединена при покупке большего количества.
Другие способы доставки могут быть доступны при оформлении заказа — вы также можете сначала связаться со мной для получения подробной информации.
| Судоходная компания | Расчетное время доставки | Информация об отслеживании |
|---|---|---|
| Плоская транспортировочная | 30-60 дней | Нет в наличии |
| Заказная авиапочта | 15-25 дней | В наличии |
| ДХЛ/ЭМС/ФЕДЕРАЛ ЕХПРЕСС/ТНТ | 5-10 дней | В наличии |
Окончательное время доставки Может быть задержано вашей местной таможней из-за таможенного оформления. | ||
Благодарим за покупку нашей продукции на нашем веб-сайте.
Чтобы иметь право на возмещение, вы должны вернуть продукт в течение 30 календарных дней с момента покупки. Товар должен быть в том же состоянии, в котором вы его получили, и не иметь никаких повреждений.
После того, как мы получим ваш товар, наша команда профессионалов проверит его и обработает ваш возврат. Деньги будут возвращены на исходный способ оплаты, который вы использовали во время покупки. Для платежей по кредитной карте может потребоваться от 5 до 10 рабочих дней, чтобы возмещение появилось в выписке по кредитной карте.
Если продукт каким-либо образом поврежден или вы инициировали возврат по прошествии 30 календарных дней, вы не имеете права на возмещение.
Если что-то неясно или у вас есть дополнительные вопросы, не стесняйтесь обращаться в нашу службу поддержки клиентов.
Подробнее о программе защиты покупок PayPal.
Получите заказанный товар или верните деньги.
Включает стоимость покупки и первоначальную доставку.
Если вы не получили товар в течение 25 дней, просто сообщите нам об этом, будет выдан новый пакет или замена.
Защита покупателя PayPal
Защита вашей покупки от клика до доставки
Вариант 1) Полный возврат средств, если вы не получили свой заказ
Вариант 2) Полный или частичный возврат средств, если товар не соответствует описанию
Если ваш товар значительно отличается от наше описание продукта, вы можете A: вернуть его и получить полный возврат средств или B: получить частичный возврат средств и сохранить товар.
Спецификация или техническая спецификация в формате PDF доступны для скачивания по запросу.
Почему выбирают нас?
Каковы ваши основные продукты?
| Наша основная продукция | ||
| Интегральные схемы (ИС) | Дискретный полупроводник | Потенциометры, регулируемые R |
| Звук специального назначения | Аксессуары | Реле |
| Часы/хронометраж | Мостовые выпрямители | Датчики, преобразователи |
| Сбор данных | Диакс, Сидак | Резисторы |
| Встроенный | Диоды | Катушки индуктивности, катушки, дроссели |
| Интерфейс | МОП-транзисторы | Фильтры |
| Изоляторы — драйверы затворов | БТИЗ | Кристаллы и осцилляторы |
| Линейный | JFET (эффект поля перехода) | Соединители, межсоединения |
| Логика | ВЧ полевые транзисторы | Конденсаторы |
| Память | ВЧ-транзисторы (BJT) | Изоляторы |
| PMIC | SCR | Светодиод |
| Транзисторы (БЮТ) | ||
| Транзисторы | ||
| Триаки |
Какова цена?
Какой способ оплаты?
Что такое возврат и замена?
Каков минимальный объем заказа вашей продукции?
Когда вы отправите мне детали?
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
э.182
2Н3903
2Н3904
BC107A
BC107B
BC237A
BC237B
BCY58C
bc547b ферранти
BCY59А
bcy59b
дюймовый TFT LCD Full HD
780н
org/Product»>
